一种大能量高效率全固态绿光激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种大能量高效率全固态绿光激光器，包括：振荡级、一级放大、二级放大和腔外倍频；振荡级输出光束经过一级放大和二级放大，再通过腔外倍频，进行高光束质量绿光输出。本发明专利技术具有高可靠性、高效率的特点，绿光输出能量可达30MJ以上，倍频效率可达50％以上，且能实现大能量高光束质量绿光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种大能量高效率全固态绿光激光器
本专利技术涉及全固态激光
，尤其是一种大能量高效率全固态绿光激光器。
技术介绍
由于LD泵浦的脉冲绿光激光器具有效率高、功率大、激光输出光束质量好、运转可靠、寿命长、峰值功率高、谱线宽度等特点，因而全固态绿光激光器不仅在激光加工、激光彩色显示、数据存储、环境监测、医疗卫生、科研、等
有着广泛的应用，而且为激光雷达、激光制导、瑞利信标等军事应用提供了可靠的光源。同时，在一些特殊领域如激光雷达应用中，需要大能量的激光器来提升其探测距离。因此，全固态绿激光器具有重要的科学研究价值和广阔的应用前景。基于此，国内外众多企业及科研机构积极从事全固态绿激光器方面的研究工作。现有的MOPA结构为了获得大能量，激光器结构体积较大，且其腔内热效应比较严重，热致折射率变化和热应力形变会导致放大后的光束质量大大退化。同时由于激光晶体自身的限制，能量过大会使晶体热效应过高而导致光束质量和转化效率也会下降。另外，为了获得可见光通常采用倍频晶体将红外光转换为可见光，进入20世纪90年代以后人们尝试了各种手段努力获得高倍频效率、高光束质量和高平均功率的绿光输出。获得高倍频效率绿光的途径通常有两种：一种是采用腔内倍频技术，即把倍频晶体放于谐振腔内，利用激光谐振腔中高的腔内功率密度，获得高效倍频效率，但是它稳定性较差，功率提升受振荡器限制，难以获得高功率大能量激光输出；另外一种方法是腔外倍频技术，这种方法是把非线性晶体置于谐振腔外，这样可以有效地避免腔内倍频的功率波动问题，而且这种倍频方法可以对激光腔和倍频腔分别进行优化。此外，腔外倍频还具有结构灵活，易于拆装等优点，因而腔外倍频备受人们的关注，成为研究的热点之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种大能量高效率全固态绿光激光器，具有高可靠性、高效率的特点，绿光输出能量可达30MJ以上，倍频效率可达50％以上，且能实现大能量高光束质量绿光输出。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种大能量高效率全固态绿光激光器，包括：振荡级、一级放大、二级放大和腔外倍频；振荡级输出光束经过一级放大和二级放大，再通过腔外倍频，进行高光束质量绿光输出。优选的，振荡级包括振荡级泵浦模块、道威棱镜、准直聚焦镜、振荡级后腔镜、振荡级激光晶体、振荡级偏振片、振荡级1/4波片、电光开关、振荡级光楔对和输出镜；振荡级泵浦模块中泵浦光经准直镜，而后经过道威棱镜方向被折转180°，进入准直聚焦后，透过振荡级后腔镜入射到振荡级激光晶体中，依次经过振荡级偏振片、振荡级1/4波片、电光开关、振荡级光楔对和输出镜，最后形成激光输出。优选的，一级放大级包括一级放大级扩束系统、一级放大级45°反射镜、一级放大级隔离器、1064半波片、一级放大级偏振分光棱镜PBS、一级放大级激光晶体、一级放大级模式匹配透镜、一级放大级1/4波片、一级放大级光楔对和一级放大级0°反射镜；振荡级形成的激光输出光束入射到一级放大级扩束系统上，光束被整形后，入射至一级放大级45°反射镜，光路被折转90°，入射到一级放大级隔离器中，而后光路入射1064半波片，经过一级放大级偏振分光棱镜PBS，光路再次被折转90°后入射到一级放大级激光晶体中，接着依次传输到一级放大级模式匹配透镜、一级放大级1/4波片、一级放大级光楔对和一级放大级0°反射镜，光束被一级放大级0°反射镜反射后再次依次入射到一级放大级光楔对、一级放大级1/4波片、一级放大级模式匹配透镜、一级放大级激光晶体中；将两次经过一级放大级激光晶体的振荡级输出光束放大，最后再透过一级放大级偏振分光棱镜PBS，输出至二级放大级。优选的，二级放大级包括二级放大级扩束系统、二级放大级隔离器、二级放大级45°反射镜、二级放大级偏振分光棱镜PBS、二级放大级激光晶体、二级放大级模式匹配透镜、二级放大级1/4波片、二级放大级光楔对和二级放大级0°反射镜；一级放大级形成的激光输出光束入射到二级放大扩束系统上，光束被整形后，入射到二级放大级隔离器中，而后出射至二级放大级45°反射镜，光束被折转90°，经过二级放大级偏振分光棱镜PBS光路，再次被折转90°后入射到二级放大级激光晶体中，接着传输到二级放大级模式匹配透镜、二级放大级1/4拨片、二级放大级光楔对和二级放大级0°反射镜，被二级放大级0°反射镜反射后再次依次通过二级放大级光楔对、二级放大级1/4波片、二级放大级模式匹配透镜、二级放大级激光晶体中；将两次经过二级放大级激光晶体的一级放大级输出光束放大，最后再透过二级放大级偏振分光棱镜PBS和二级放大级45°反射镜，将光束折转90°输出至腔外倍频。优选的，腔外倍频包括腔外倍频扩束系统、腔外倍频45°反射镜、倍频晶体、532/1064分光镜、1064吸收体、腔外倍频扩束系统、45°532反射镜和窗口镜；二级放大级形成的激光输出光束入射到倍频缩束系统上，光束被整形后，传递至腔外倍频45°反射镜，光路被折转90°，入射倍频晶体，而后经过532/1064分光镜，透过分光镜的1064nm激光入射到1064吸收体被吸收，被分光镜反射532nm绿光入射扩束系统进行光束整形，光束折转90°，穿过窗口镜传递至腔外。优选的，振荡级泵浦模块和放大级泵浦模块中，泵浦源为半导体激光器，泵浦方式为端面泵浦或侧面泵浦。优选的，振荡级后腔镜为平凸镜，凸面朝向腔内直接补偿激光晶体的热透镜效应，无需在腔内插入负透镜补偿，凸面曲率半径可根据激光晶体等效热透镜焦距灵活调整。优选的，振荡级激光晶体和两级放大级激光晶体为激光器的增益介质，用于吸收泵浦光并产生激光输出，基质材料为氟化钇锂、钒酸盐、YAG(钇铝石榴石)晶体、玻璃或陶瓷，其中至少掺杂一种激活离子，激活离子为Nd3+、Yb3+、Cr3+或Tm3+。优选的，光楔对由两个光楔斜面相对放置，用以在后腔镜和输出镜固定后微调腔内光路，以及放在两级放大光路补偿系统中微调放大级光路。优选的，倍频晶体用于吸收1064nm基频光并产生532nm激光输出，基质材料为KTP、LBO、BBO、KDP晶体。本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的激光器振荡级采用端泵方式，热效应小，光束质量好，注入两级放大系统进行放大；(2)本专利技术提供的激光器，腔内采用了多组45°反射镜和0°反射镜，折转光路形成U型腔，使激光器更加紧凑，节省空间体积；(3)两级放大级采用侧面泵浦，扩束系统进行光束整形，采用模式匹配透镜进行光学补偿，通过双程放大，充分提取激光晶体中的能量，且光束输出质量高；(4)每一级的光楔对由两个光楔斜面相对放置，用以微调各级光路，便于优化光路，使激光输出功率最大；(5)采用腔外倍频模式，多组扩束、缩束系统对光束进行优化整形，使进入倍频晶体的光束匹配度高，使其晶体倍频效率高，光束输出质量高。附图说明图1为本专利技术的激光器结构示意图。图2为本专利技术的单程两级放大激光器结构示意图。具体实施方式如图1所示，一种大能量高效率全固态绿光激光器，包括：振荡级、一级放大、二级放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大能量高效率全固态绿光激光器，其特征在于，包括：振荡级、一级放大、二级放大和腔外倍频；振荡级输出光束经过一级放大和二级放大，再通过腔外倍频，进行高光束质量绿光输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种大能量高效率全固态绿光激光器，其特征在于，包括：振荡级、一级放大、二级放大和腔外倍频；振荡级输出光束经过一级放大和二级放大，再通过腔外倍频，进行高光束质量绿光输出。


2.如权利要求1所述的大能量高效率全固态绿光激光器，其特征在于，振荡级包括振荡级泵浦模块、道威棱镜、准直聚焦镜、振荡级后腔镜、振荡级激光晶体、振荡级偏振片、振荡级1/4波片、电光开关、振荡级光楔对和输出镜；振荡级泵浦模块中泵浦光经准直镜，而后经过道威棱镜方向被折转180°，进入准直聚焦后，透过振荡级后腔镜入射到振荡级激光晶体中，依次经过振荡级偏振片、振荡级1/4波片、电光开关、振荡级光楔对和输出镜，最后形成激光输出。


3.如权利要求1所述的大能量高效率全固态绿光激光器，其特征在于，一级放大级包括一级放大级扩束系统、一级放大级45°反射镜、一级放大级隔离器、1064半波片、一级放大级偏振分光棱镜PBS、一级放大级激光晶体、一级放大级模式匹配透镜、一级放大级1/4波片、一级放大级光楔对和一级放大级0°反射镜；振荡级形成的激光输出光束入射到一级放大级扩束系统上，光束被整形后，入射至一级放大级45°反射镜，光路被折转90°，入射到一级放大级隔离器中，而后光路入射1064半波片，经过一级放大级偏振分光棱镜PBS，光路再次被折转90°后入射到一级放大级激光晶体中，接着依次传输到一级放大级模式匹配透镜、一级放大级1/4波片、一级放大级光楔对和一级放大级0°反射镜，光束被一级放大级0°反射镜反射后再次依次入射到一级放大级光楔对、一级放大级1/4波片、一级放大级模式匹配透镜、一级放大级激光晶体中；将两次经过一级放大级激光晶体的振荡级输出光束放大，最后再透过一级放大级偏振分光棱镜PBS，输出至二级放大级。


4.如权利要求1所述的大能量高效率全固态绿光激光器，其特征在于，二级放大级包括二级放大级扩束系统、二级放大级隔离器、二级放大级45°反射镜、二级放大级偏振分光棱镜PBS、二级放大级激光晶体、二级放大级模式匹配透镜、二级放大级1/4波片、二级放大级光楔对和二级放大级0°反射镜；一级放大级形成的激光输出光束入射到二级放大扩束系统上，光束被整形后，入射到二级放大级隔离器中，而后出射至二级放大级45°反射镜，光束被折转90°，经过二级放大级偏振分光棱镜PBS光路，再次被折转90°后入射到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李高龙，于广礼，丁建永，张恒源，王辉红，毕治中，房春奇，
申请(专利权)人：南京先进激光技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32